(57)【要約】【課題】接点寿命判定装置において、全部の接点の溶着あるいは交換時期を判定することである。【解決手段】リレーを投入あるいは遮断し（Ｓ１０）、リレーの両端電圧を取得する（Ｓ１２）。１つの接点対にアークが発生するときの第１電圧Ｖ１と２つの接点対の両方にアークが発生するときの第２電圧Ｖ２との間に監視電圧Ｖａを設定し、両端電圧データの中で、監視電圧Ｖａ以上の電圧状態の期間を加算し、これを危険期間Ｔａとして算出する。算出された危険期間Ｔａとあらかじめ実験等で定めたしきい値Ｔｅの大小関係を比較し（Ｓ１６）、まだＴｅに至らないＴａのときは、リレーがまだ溶着あるいは交換時期に至っていないと判定し、Ｔｅに至っているときは、リレーが溶着の危険性があるか、あるいは交換時期にあると判定し、警告を出力する（Ｓ１８）。【選択図】        図６
2005019243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正電極側接点対と負電極側接点対とを有するリレーの両端電圧を検出する電圧検出手段と、
リレーの投入あるいは遮断の際にいずれかの接点対の間においてアークが発生する第１電圧と、双方の接点対の間でともにアークが発生する第２電圧と、の間に監視電圧を設定する監視電圧設定手段と、
リレーの投入あるいは遮断の際に検出される両端電圧において、監視電圧以上の電圧状態の危険期間を算出する算出手段と、
算出された危険期間と、予め定めたしきい値期間とを比較し、リレーの溶着あるいは交換時期を判定する判定手段と、
を含むことを特徴とする接点寿命判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の接点寿命判定装置において、リレーの溶着あるいは交換時期にあると判定したときに、警告を出力する出力手段を含むことを特徴とする接点寿命判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接点寿命判定装置に係り、特に、正電極側接点対と負電極側接点対を有するリレーの溶着あるいは交換時期を判定する接点寿命判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば電気自動車等に用いられるリレーにおいて、高電圧大電流で投入又は遮断するリレーが求められてきており、電流電圧条件が厳しくなるとともに、投入又は遮断において接点間で激しくアークが発生する状況になっている。アークが発生することでリレーの接点に消耗等が起こり、その寿命を判定することが必要となる。特許文献１には、アーク電流とアーク電圧からアークエネルギを演算し、過去のアークエネルギを積算してその結果を表示すること、及びアークエネルギがリレーの可動接触子あるいは固定接触子の消耗量と比例関係にあるので、アークエネルギの積算値が一定量に達すると可動接触子あるいは固定接触子が消耗していることが推定できることが開示されている。また、特許文献２には、接点部の劣化が進むとアーク継続時間が伸びることに着目し、アーク電流を検出してアーク継続時間を測定することが開示される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−９６８５８号公報
【特許文献２】
特開平４−２１８２３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
車両用リレーのように、大電流の投入あるいは遮断においては、複数の接点対のリレーが用いられることがある。例えば、正電極側接点対と負電極側接点対の２対の接点を有し、２つの固定接点とこれらにそれぞれ対応する２つの可動接点との間で接触あるいは開放させることで投入あるいは遮断動作させるリレーが用いられる。１接点対リレー、すなわち１つの正電極側接点と１つの負電極側接点とを接触あるいは開放させることで投入あるいは遮断動作させるリレーよりも、２接点対のリレーが用いられる理由は、接点間の開離をより容易にするためである。すなわち、接点間の開離の容易さは、接点間のトータルギャップに関係することが知られている。したがって、１接点対リレーの開離のためのストロークに比べ、例えば、それと同じ大きさの接点対を２組用いる２接点対リレーでは、トータルギャップが倍になるため、開離のためのストロークをおよそ半分にできるからである。
【０００５】
しかし、２接点対を用いるリレーにあっては、全部の接点対がアークにより一旦溶着すると、簡単には引き離すことができず、リレーが短絡状態のまま大電流が流れっぱなしとなり、事故の原因ともなる。従来技術の接点寿命判定技術は、接点が次第に消耗する様子をアークエネルギ積算値等で監視しているので、このような全部の接点について溶着が起こることを予測することができない。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決し、正電極側接点対と負電極側接点対を有するリレーにおいて、全部の接点の溶着あるいは交換時期を判定する接点寿命判定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る接点寿命判定装置は、正電極側接点対と負電極側接点対とを有するリレーの両端電圧を検出する電圧検出手段と、リレーの投入あるいは遮断の際にいずれかの接点対の間においてアークが発生する第１電圧と、双方の接点対の間でともにアークが発生する第２電圧と、の間に監視電圧を設定する監視電圧設定手段と、リレーの投入あるいは遮断の際に検出される両端電圧において、監視電圧以上の電圧状態の危険期間を算出する算出手段と、算出された危険期間と、予め定めたしきい値期間とを比較し、リレーの溶着あるいは交換時期を判定する判定手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
正電極側接点対と負電極側接点対とを有するリレーでは、正電極側接点対と負電極側接点対とが直列に接続されるので、接点対の間でアークが発生したときの接点対の間の電圧、すなわちアーク電圧は、直列接続の形になる。したがって、１つの接点対にアークが発生したときのリレーの両端電圧を第１電圧Ｖ１として、２つの接点対がほぼ同じ特性とすれば、２つの接点対にともにアークが発生したときの両端電圧である第２電圧はおよそ２Ｖ１となる。
【０００９】
上記構成により、第１電圧Ｖ１と、第２電圧すなわち２Ｖ１との間に監視電圧を設定し、監視電圧以上の電圧状態の危険期間を算出して予め定めたしきい値期間と比較することで、リレーの溶着あるいは交換時期を判定する。双方の接点対にアークが発生している状態のときは、リレーの両端電圧は第１電圧を超え、第２電圧になっているので、第１電圧と第２電圧との間に適当な監視電圧を設定することで、双方の接点にアークが発生している危険期間の長さを把握できる。したがって、危険期間としきい値とを比較して、双方の接点対がともに溶着するかどうかあるいは交換時期に至ったかどうかを判定することができる。
【００１０】
また、リレーの溶着あるいは交換時期にあると判定したときに、警告を出力する出力手段を含むことが好ましい。例えば、文字表示、光、音等の出力手段を用いることで、ユーザにリレーの溶着あるいは交換時期にあることを迅速に知らせることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、リレーとして、車両用リレーを説明するが、リレーの投入・遮断に伴いアークが発生するリレーであれば、車両用以外のリレーであってもよい。図１は、本発明に係る接点寿命判定装置が適用される車両用リレーの断面図である。車両用リレー１０は大別して、接点部１２と、アクチュエータ部１４とからなる。接点部１２は上部筐体１６の中に、アクチュエータ部１４は下部筐体１８の中にそれぞれ収納され、上部筐体１６と下部筐体１８とは、その接続部部分で貫通穴を有し、その貫通穴を通してアクチュエータ部１４の動きが接点部１２に伝えられる。
【００１２】
接点部１２は、正電極側接点対２０ａ，２０ｂと負電極側接点対２２ａ，２２ｂとを有し、正電極側接点２０ａと負電極側接点２２ａは固定接点として上部筐体１６に対し固定され、正電極側接点２０ｂと負電極側接点２２ｂは可動接点として可動電極２４に取り付けられる。固定接点側の正電極側接点２０ａはリード線により正側端子２６に接続され、負電極側接点２２ａはリード線により負側端子２８に接続される。
【００１３】
正電極側接点対２０ａ，２０ｂと負電極側接点対２２ａ，２２ｂは、例えば銀系等の貴金属のリベットが取り付けられた導電部材で、接点同士の接触あるいは開放は、この貴金属のリベットの間で行われる。このように、金属のリベットを接点に用い、接点間隔を適当な範囲に設定すると、１対の接点間でアークが発生するときの接点間電圧、すなわちアーク電圧は、リベットの材料で定まるほぼ一定値となることが知られている。例えば、銀系のリベットを用い、接点同士が開放のときの間隔を、１ｍｍ以下、例えば０．１−０．９ｍｍ程度に設定することで、接点間に印加される高電圧の値にかかわらず、アーク電圧はおよそ１２Ｖとなることが知られている。
【００１４】
正電極側接点対２０ａ，２０ｂと負電極側接点対２２ａ，２２ｂの近傍には、接点間に発生したアークを可動電極２４に平行な方向に走らせ、開離をより容易にするための開離用磁石３０が設けられる。
【００１５】
可動電極２４と上部筐体１６との間にはコンタクトスプリング３２が設けられ、可動接点側から固定接点側へ可動電極２４を押し付ける方向の付勢力がかけられる。
【００１６】
可動電極２４の下部には絶縁樹脂材３４を介してプランジャ３６が取り付けられる。絶縁樹脂材３４とプランジャ３６とは、上部筐体１６と下部筐体１８の接続部分の貫通穴を通り、アクチュエータ部１４の一部を構成する。プランジャ３６は磁性体の棒材で、その周囲に駆動コイル３８が巻回される。駆動コイル３８の両端子は、図示されていないリレー動作制御部に接続される。
【００１７】
プランジャ３６と下部筐体１８との間には、リターンスプリング４０を介してストッパ鉄心４２が設けられる。リターンスプリング４０により、固定接点側から可動接点側へ可動電極２４を引き離す方向の付勢力がかけられる。リターンスプリング４０の付勢力は、コンタクトスプリング３２の付勢力より十分大きく、かつ駆動コイル３８によりプランジャ３６に与えられるストッパ鉄心方向の力よりも十分小さく設定される。
【００１８】
かかる車両用リレー１０の動作を説明する。正側端子２６と負側端子２８との間には高電圧が印加される。ここで初期状態において図示されていないリレー制御部から駆動コイル３８には駆動信号が入力されていないものとする。この状態では、リターンスプリング４０の付勢力がコンタクトスプリング３２の付勢力より十分大きいので、可動電極２４は固定接点側から離れる方向に移動しており、接点同士は開放されている。
【００１９】
次に、図示されていないリレー制御部から駆動コイル３８に駆動信号が入力されると、プランジャ３６には、ストッパ鉄心４２側に向かう力が与えられる。プランジャ３６は、リターンスプリング４０の付勢力に打ち勝ってストッパ鉄心４２側に移動するので、可動電極２４は固定接点側へ向かって移動し、接点同士が接触する。すなわち、正電極側接点２０ａの貴金属リベットの部分と正電極側接点２０ｂの貴金属リベットの部分が相互に接触し、同様に負電極側接点２２ａの貴金属リベットの部分と負電極側接点２２ｂの貴金属リベットの部分が接触し，１４ｂが相互に接触する。したがって、大電流が図１に矢印で示すように、「正側端子２６−正電極側接点対２０ａ，２０ｂ−可動電極２４−負電極側接点対２２ａ，２２ｂ−負側端子２８」の方向に流れる。このとき、接点間の距離が変化するに伴い、接点間にかけられている高電圧により、アークが発生する。発生したアークは、開離用磁石３０により、横方向に走らされる。
【００２０】
これと逆に、当初接点同士が接触していた状態から、開放状態に移るときにも、接点間の距離が変化するに伴い、接点間にかけられている高電圧により、アークが発生する。このとき、正側端子２６と負側端子２８との間の両端電圧を観察すると、１つの接点対にのみアークが発生するときはおよそ１２Ｖの両端電圧となり、２つの接点対の両方にアークが発生するとおよそ２４Ｖの両端電圧となる。
【００２１】
図２に、車両用リレーの投入あるいは遮断に伴って生ずるアークによる電圧波形、いわゆるアーク電圧波形の例を示す。図２において横軸は、車両用リレーに投入指令がなされ、可動電極２４が固定接点側へ向かって移動し、最初の通電が開始された時点からの時間を示し、縦軸は電圧値を示す。図２の例では、接点間の距離が縮まる初期の段階において空気の絶縁破壊等によりアークが発生し、一旦アーク電圧が低下した後、接点間のリバウンドにより再び接点間の離間が発生しアークが再び発生している。ここで、アーク電圧波形が、２段階の電圧の大きさを示しているのは、あるところでは１つの接点対のみがアークを発生させ、あるところでは２つの接点対の両方のアークは発生しているためである。
【００２２】
なお、参考のため、図３にアーク電流波形の例を示す。アーク電流波形は、車両用リレーを流れる電流を検出することで得ることができる。図３の横軸は図２と同じ時間軸、縦軸は電流値である。また、参考のため、図４にアークエネルギ波形の例を示す。アークエネルギは、アーク電圧とアーク電流の積であり、その時間変化であるアークエネルギ波形は、図２のアーク電圧波形データと図３のアーク電流波形データとから計算して得ることができる。
【００２３】
このように、車両用リレー１０の投入あるいは遮断は、アークの発生を伴いつつ、接点間の接触及び開放によって行われる。このアークの発生により、各接点の貴金属リベットの部分が消耗し、また、場合によっては接点間に溶着が起こる。
【００２４】
図５は、車両用リレー１０が用いられる車両用回路５０と、接点寿命判定システム７０のブロック図を示す図である。車両用回路５０は、高圧電源５２と、車両用リレー１０と、コンデンサ容量５４とが直列に接続され、コンデンサ容量５４の両端に負荷回路５６が接続される。負荷回路５６として、例えば車両用モータに電力を供給するインバータ回路等が適用される。上記のように、車両用リレー１０の投入あるいは遮断は、図示されていないリレー制御部により行われる。
【００２５】
なお、コンデンサ容量５４は、負荷回路５６に平滑に電力を供給するためのノイズ除去コンデンサであるが、この容量の作用により、車両用リレー１０が投入・遮断される際に大きな突入電流が流れ、このことがアークを発生しやすくさせる要因の１つとも考えられている。したがって場合によりコンデンサ容量５４を設けないものとしてもよい。
【００２６】
接点寿命判定システム７０は、車両用リレー１０に対応して設けられる電圧計７２と、接点寿命判定装置８０を含んで構成される。あるいは、電圧計７２を接点寿命判定装置８０に含ませ、一体型の接点寿命判定装置として構成することもできる。なお、電流計５８を用いれば、図３に示すようなアーク電流を得ることもできる。
【００２７】
電圧計７２は、車両用リレー１０の正側端子２６と負側端子２８との間に設けられ、車両用リレー１０の両端電圧を検出する機能を有する電圧測定器である。電圧計７２のデータ出力端子は、信号線により、接点寿命判定装置８０の電圧計Ｉ／Ｆ８４に接続される。
【００２８】
接点寿命判定装置８０は、電圧計７２の出力データに基づき、車両用リレー１０の溶着あるいは交換時期を判定し、溶着あるいは交換時期にあると判定するときはその旨の警告を出力する機能を有する電子装置である。接点寿命判定装置８０は、コンピュータ、例えば一般的なＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）あるいは車載用コンピュータで構成することができ、ＣＰＵ８２と、キーボード等の入力部８６と、ディスプレイ等の出力部８８と、電圧計Ｉ／Ｆ８４と、外部記憶装置９０とを含む。
【００２９】
ＣＰＵ８２は、車両用リレー１０の投入あるいは遮断の際に検出される両端電圧のデータを処理し、車両用リレー１０の溶着あるいは交換時期について判定処理を行い、溶着あるいは交換時期にある旨の警告を出力する処理を行う機能を有する。これらの処理を行うには、ソフトウエアを用いることができ、例えば対応する接点寿命判定プログラムを実行することで所定の処理を行うことができる。なお、処理の一部をハードウエアで実行させることもできる。
【００３０】
ＣＰＵ８２の中の両端電圧取得部１００乃至溶着・交換時期判定部１０６の各機能については、図６に示す接点溶着・寿命判定フローチャートを用い、具体的な車両用リレーのアーク電圧に対するデータ処理の様子に従って説明する。
【００３１】
まず車両用回路５０において、図示されていないリレー制御回路により、車両用リレー１０を投入あるいは遮断する（Ｓ１０）。次に、車両用リレー１０の両端電圧を取得する（Ｓ１２）。ここで両端電圧取得部１００は、車両用リレー１０の両端電圧データを、電圧計７２の出力端子から電圧計Ｉ／Ｆ８４を介して取り込む機能を有する。取得される両端電圧データは、車両用リレー１０の投入あるいは遮断の時点からの両端電圧の時間的経過データである。取得した両端電圧データは、適当なメモリ手段に記憶される。メモリ手段としては、外部記憶装置９０を用いてもよく、あるいはＲＡＭ，ＲＯＭ等の半導体メモリであってもよい。
【００３２】
図７に、車両用リレーの両端電圧データの例を示す。図７は、図２の横軸及び縦軸を拡大して示したものに相当する。図７のように、両端電圧データは、１２Ｖの領域と、２４Ｖの領域等を有する。上記のように、１つの接点対にアークが発生するときの第１電圧Ｖ１はおよそ１２Ｖであり、２つの接点対の両方にアークが発生するときの第２電圧Ｖ２は第１電圧Ｖ１のおよそ２倍の２４Ｖである。したがって、１２Ｖの領域は、１つの接点対のみにアークが発生している領域であり、２４Ｖの領域は、２つの接点対の両方にアークが発生している領域である。
【００３３】
監視電圧設定部１０２は、両端電圧データ上において、リレーの溶着あるいは交換時期にあるかどうかの判定に用いられる監視電圧Ｖａを設定する機能を有する。監視電圧Ｖａの値は、２つの接点対がともに溶着する危険を監視することができるように設定される。すなわち、図７に示すように、２つの接点対の両方にアークが発生している期間を取得できるように、第１電圧Ｖ１＝１２Ｖと第２電圧Ｖ２＝２４Ｖの間の値、例えば、１８Ｖ等に設定される。設定すべき監視電圧Ｖａの値は、入力部８６から入力することができ、その値を外部記憶装置９０等の記憶装置に記憶することができる。監視電圧Ｖａが記憶された後は、記憶装置から読み出して、その値を個々の両端電圧データにおける監視電圧Ｖａとして設定することができる。
【００３４】
危険期間算出部１０４は、両端電圧データの中で、監視電圧Ｖａ以上の電圧状態の期間を加算し、これを危険期間として算出する機能を有する。図７の例では、監視電圧Ｖａ以上の電圧状態の期間は、Ｔａ２１とＴａ２２であるので、この２つを加算し、Ｔａ＝Ｔａ２１＋Ｔａ２２を算出し、これを危険期間とする（Ｓ１４）。図７においては、監視電圧Ｖａ以上の電圧状態は２つの期間であるが、両端電圧データは様々であり、監視電圧Ｖａ以上の電圧状態が１つの期間の場合もありうるし、３以上の数の期間の場合も起こりうる。いずれの場合でも、危険期間Ｔａは、監視電圧Ｖａ以上の電圧状態の期間Ｔｉをすべて合算して算出する。
【００３５】
溶着・交換時期判定部１０６は、算出された危険期間Ｔａと、あらかじめ定めたしきい値Ｔｅと比較して、車両用リレー１０に溶着が起こる危険があるか、あるいは交換時期にきているかを判定する機能を有する。しきい値Ｔｅは、車両用リレーの形式等により異なり、その値は実験により得ることができる。実験により得られた値は、入力部８６から入力され、外部記憶装置９０等の記憶装置にしきい値Ｔｅとして記憶させることができる。記憶されたしきい値Ｔｅは、読み出されて、車両用リレー１０の個々の投入・遮断ごとの判定に用いられる。
【００３６】
危険期間Ｔａとしきい値Ｔｅの大小関係を比較し（Ｓ１６）、まだＴｅに至らないＴａのときは、車両用リレー１０がまだ溶着あるいは交換時期に至っていないと判定し、さらに投入・遮断を継続することができる。Ｔｅに至っているときは、車両用リレー１０の２つの接点対のいずれもが溶着の危険性があるか、あるいはすでに溶着しているか、あるいは交換時期にあると判定し、警告を出力する（Ｓ１８）。警告の出力は出力部８８により、例えばディスプレイ上に表示してもよく、あるいは、赤色の警報ランプを点灯あるいは点滅させてもよく、警告音あるいは警告メッセージの音声を出すようにしてもよい。
【００３７】
なお、上記において、監視電圧Ｖａを１８Ｖとしたのは、あくまで例示であって、リレーの接点材料およびその構造等により、Ｖ１とＶ２の間という条件のもとで、適当な値に設定することができる。
【００３８】
また、上記において、１つの正電極側接点対と１つの負電極側接点対を有するリレーについて説明したが、正電極側接点対の中を並列の複数対に分けてもよく、正電極側接点対の中を並列の複数対に分けてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る接点寿命判定装置によれば、正電極側接点対と負電極側接点対を有するリレーにおいて、全部の接点の溶着あるいは交換時期を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の接点寿命判定装置が適用される車両用リレーの断面図である。
【図２】アーク電圧波形の例を示す図である。
【図３】アーク電流波形の例を示す図である。
【図４】アークエネルギ波形の例を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態における接点寿命判定システムのブロック図と、車両用リレーが用いられる車両用回路とを示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の接点溶着・寿命判定フローチャート
【図７】車両用リレーの両端電圧データの例を示す図である。
【符号の説明】
１０  車両用リレー、２０ａ，２０ｂ  正電極側接点対、２２ａ，２２ｂ  負電極側接点対、２４  可動電極、２６  正側端子、２８  負側端子、３４  絶縁樹脂材、３６  プランジャ、３８  駆動コイル、５２  高圧電源、５４  コンデンサ容量、７０  接点寿命判定システム、７２  電圧計、８０  接点寿命判定装置、８２  ＣＰＵ、１００  両端電圧取得部、１０２  監視電圧設定部、１０４  危険期間算出部、１０６  溶着・交換時期判定部。
【図１】
2005019243.tif 000003
【図２】
2005019243.tif 000004
【図３】
2005019243.tif 000005
【図４】
2005019243.tif 000006
【図５】
2005019243.tif 000007
【図６】
2005019243.tif 000008
【図７】
2005019243.tif 000009